Печатные платы. И все об их проектировании.

В этой статье будет рассмотрена последовательность операций в технологии автоматического монтажа печатных плат. Заранее хотелось бы сказать, что такая технология применяется в основном при массовом производстве, так как стоимость автоматического монтажа печатной платы при мелкосерийном производстве довольно сильно отображается на стоимости готового изделия.

Итак, первое что делается при монтаже печатной платы - это создание трафарета на всю плату, через который в дальнейшем будет наноситься паяльная паста. Трафарет изготавливается на основе PCB файла на каждую сторону печатной платы отдельно. Обычно трафарет - это стальной лист с отверстиями в тех местах, где на печатной плате находятся контактные площадки. Трафареты могут быть изготовлены методом вытравливания ( медный трафарет) или с помощью лазерной резки ( нержавеющая сталь), причем первый метод хоть и дешевле, но в этом случае при нанесении паяльной пасты на печатную плату частицы пасты остаются на трафарете забивая отверстия, не говоря уже о меньшей разрешающей способности медного трафарета.

Далее на контактные площадки через трафарет наносится паяльная паста ( более подробно о видах паяльных паст Вы можете прочитать здесь). Обычно она выполняет еще и фиксирующую роль, то есть приклеивает компонент к печатной плате на определенное время ( обычно 6 - 8 часов).

После нанесения паяльной пасты на плату устанавливаются компоненты. Это действие выполняется с помощью специального оборудования. В упрощенном виде все происходит примерно следующим образом - на основе печатной платы в память установщика заносятся координаты каждого компонента, а также номер ячейки из которой этот компонент будет взят. С помощью вакуумной присоски осуществляется захват компонента из специальных лент, поставляемых производителем коипонентов, и установка его на посадочное место. Существует несколько уровней сложности установки компонента в зависимости от его размера или шага выводов, от этого также зависит скорость установки компонентов. Современное оборудование позволяет устанавливать около 30.000 - 50.000 компонентов в час.

Далее печатная плата направляеться в паяльную печь, где методом конвекции происходит оплавление пасты. Самым главным моментом при пайке в поверхностном монтаже является обеспечение правильного изменения температуры во времени (термопрофиля). Для соблюдения термопрофиля возможно использование одного из двух основных методов: либо печатная плата помещается в печь, температура в которой изменяется по заданному закону, либо печатная плата продвигается на конвейере через несколько камер (зон) печи с постоянными температурами (конвейерные печи). Сам процесс пайки можно разделить на несколько этапов:

  • Первый этап представляет собой предварительный разогрев печатной платы до температуры 100 - 150°C, если используется оловянно-свинцовый припой, или 150 - 175°C при безсвинцовой пайке.
  • Второй этап собственно и представляет собой пайку. Во время этого этапа происходит оплавление припоя, испарение органических соединений и флюса, содержащихся в паяльной пасте. Пиковая температура и время выдержки при температуре, выше точки плавления припоя, зависят от многих факторов и рассчитывается, как правило, для каждой печатной платы индивидуально. Пониженные температура и время выдержки могут привести к отсутствию плавления припоя, повышенные – к повреждению компонентов или самой печатной платы, а также вскипанию флюса, что приводит к разбрызгиванию припоя с образованием дефекта «припойные шарики». Разность между максимальной и минимальной допустимыми пиковыми температурами называется окном процесса. Для бессвинцовых сплавов из-за более высокой температуры плавления окно процесса уже, чем для оловянно-свинцовых, поэтому бессвинцовая пайка требует лучшей управляемости процесса.
  • Следующий этап - это охлаждение печатной платы, также как и нагрев, должно производиться с довольно высокой скоростью.

При пайке двусторонних печатных плат, то есть плат, имеющих компоненты для монтажа на поверхность с обеих сторон платы, сначала производится нанесение паяльной пасты и установка на клей компонентов с одной стороны, затем пайка оплавлением, затем установка компонентов на пасту с другой стороны и вновь пайка оплавлением. При второй пайке уже существующие паяные соединения частично расплавляются, поэтому компоненты с нижней стороны печатной платы обычно устанавливают на клей, но в случае применения легких компонентов клей не наносится, и компоненты удерживаются силами поверхностного натяжения припоя.

 

Видеокурс по проектированию печатных плат в P CAD.

Камера холодильная


Материал по PCAD